تعد البرازيل أكبر منتج للنيوبيوم في العالم وتمتلك حوالي 98 بالمائة من الاحتياطيات النشطة على هذا الكوكب. يُستخدم هذا العنصر الكيميائي في السبائك المعدنية، وخاصة الفولاذ عالي القوة، وفي مجموعة غير محدودة تقريبًا من تطبيقات التكنولوجيا المتقدمة بدءًا من الهواتف المحمولة وحتى محركات الطائرات. تصدر البرازيل معظم النيوبيوم الذي تنتجه في شكل سلع مثل الفيرونيوبيوم.

هناك مادة أخرى تمتلكها البرازيل أيضًا بكميات وفيرة ولكن لا يتم استخدامها بشكل كافٍ، وهي الجلسرين، وهو منتج ثانوي لتصبن الزيت والدهون في صناعة الصابون والمنظفات، ومن تفاعلات الأسترة التبادلية في صناعة وقود الديزل الحيوي. وفي هذه الحالة يكون الوضع أسوأ لأنه غالبًا ما يتم التخلص من الجلسرين كنفايات، ويكون التخلص السليم من الكميات الكبيرة أمرًا معقدًا.

جمعت دراسة أجريت في الجامعة الفيدرالية ABC (UFABC) في ولاية ساو باولو بالبرازيل، بين النيوبيوم والجلسرين في حل تكنولوجي واعد لإنتاج خلايا الوقود. تم نشر مقال يصف الدراسة بعنوان "النيوبيوم يعزز نشاط التحفيز الكهربائي في خلايا وقود الجلسرين القلوية المباشرة"، في مجلة ChemElectroChem ويظهر على غلاف المجلة.

"من حيث المبدأ، ستعمل الخلية مثل بطارية تعمل بالجلسرين لإعادة شحن الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الهواتف المحمولة أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة. ويمكن استخدامه في المناطق التي لا تغطيها شبكة الكهرباء. وفي وقت لاحق يمكن تكييف هذه التكنولوجيا لتشغيل السيارات الكهربائية وحتى لتزويد المنازل بالطاقة. وقال الكيميائي فيليبي دي مورا سوزا، المؤلف الأول للمقال: “هناك تطبيقات محتملة غير محدودة على المدى الطويل”. حصل سوزا على منحة دكتوراه مباشرة من مؤسسة ساو باولو للأبحاث—FAPESP.

في الخلية، يتم تحويل الطاقة الكيميائية الناتجة عن تفاعل أكسدة الجلسرين في الأنود واختزال أكسجين الهواء في الكاثود إلى كهرباء، ولا يترك سوى غاز الكربون والماء كمخلفات. التفاعل الكامل هو C3H8O3 (الجلسرين السائل) + 7/2 O2 (غاز الأكسجين) → 3 CO2 (غاز الكربون) + 4 H2O (ماء سائل). ويرد أدناه تمثيل تخطيطي للعملية.

"يشارك النيوبيوم [Nb] في العملية كمحفز مساعد، مما يساعد في عمل البلاديوم [Pd] المستخدم كأنود لخلية الوقود. تتيح إضافة النيوبيوم خفض كمية البلاديوم إلى النصف، مما يقلل من تكلفة الخلية. وفي الوقت نفسه فإنه يزيد بشكل كبير من قوة الخلية. وقال ماورو كويلو دوس سانتوس، الأستاذ في جامعة UFABC: "لكن مساهمته الرئيسية تتمثل في تقليل التسمم الكهربائي للبلاديوم الناتج عن أكسدة المواد الوسيطة التي يتم امتصاصها بقوة أثناء التشغيل طويل المدى للخلية، مثل أول أكسيد الكربون". ، مستشار أطروحة الدكتوراه المباشرة لسوزا، والباحث الرئيسي للدراسة.

ومن الناحية البيئية، التي ينبغي أن تشكل معياراً حاسماً للخيارات التكنولوجية أكثر من أي وقت مضى، فإن خلية وقود الجلسرين تعتبر حلاً فاضلاً لأنها يمكن أن تحل محل محركات الاحتراق التي تعمل بالوقود الأحفوري.